Název SŠ: SŠ-COPT Uherský Brod Autoři: Ing. Edita NAĎOVÁ Název prezentace 12. Prvky a sloučeniny I. skupiny Název sady: Obecná a anorganická chemie (pro 3.ročník oboru Mechanik seřizovač a Technik - puškař) Číslo projektu: CZ.1.07./1.5.00/ Datum vzniku: Uvedení autoři, není-li uvedeno jinak, jsou autory tohoto výukového materiálu a všech jeho částí. Tento projekt je spolufinancován ESF a státním rozpočtem ČR

ANOTACE: Záměrem této sady výukových materiálů Obecná a anorganická chemie (pro 3.ročník oboru Mechanik seřizovač a Technik - puškař) je představit žákům, kteří se v této oblasti vzdělávají, obecnou a anorganickou chemii. Jednotlivé prezentace v této sadě popíší postupně tematické oblasti, které jsou probírány v běžné výuce chemie na naší SŠ. Konkrétně tato prezentace je zaměřena na prvky a sloučeniny 1. skupiny.

Prvky 1. skupiny Charakteristika: Alkalické kovy jsou prvky 1. skupiny periodické tabulky prvků mimo vodíku (dříve I. A skupina). Jedná se o lithium (Li), sodík (Na), draslík (K), rubidium (Rb), cesium (Cs) a francium (Fr). Tyto prvky jsou velmi reaktivní a v přírodě se nacházejí pouze ve sloučeninách. Musí být skladovány pod vrstvou nereaktivní, bezvodé kapaliny (např. petroleje)

Vlastnosti typické kovy, ze všech kovů nejreaktivnější měkké, stříbrolesklé, dají se krájet dobře vedou elektrický proud i teplo barví plamen lithium, draslík a sodík mají menší hustotu než voda mají nízkou teplotu tání prudce rozkládají vodu za vzniku příslušného hydroxidu a vodíku

Lithium (Li) je nejlehčí z řady alkalických kovů, značně reaktivní, stříbřitě lesklého vzhledu velmi lehký a měkký kov (ještě měkčí než mastek), který lze krájet nožem, dobře vede elektrický proud a teplo lithium má nejmenší hustotu ze všech pevných prvků, je lehčí než voda a petrolej ve srovnání s ostatními kovy má lithium poměrně nízké teploty tání a varu

Výskyt v přírodě rychle reaguje s kyslíkem i vodou a v přírodě se s ním proto setkáváme pouze ve formě sloučenin v přírodě je lithium přítomno v nevelkém množství jako příměsi různých hornin, nejznámější minerály obsahující lithium jsou aluminosilikáty soli lithia jsou přítomny v mořské vodě a některých minerálních vodách

Výroba Při výrobě se vychází z rudy spodumenu, který se zahřívá na °C, aby došlo ke změně modifikace, která má menší hustotu. Ta se promývá kyselinou sírovou a získává se síran lithný, který reaguje s uhličitanem sodným a kyselinou chlorovodíkovou za vzniku nerozpustného uhličitanu lithného a rozpustného chloridu lithného. Uhličitan lithný se kompletně převede na chlorid. Kovové lithium se průmyslově získává elektrolýzou roztaveného chloridu lithného, protože je čistý chlorid nejlépe získatelný a má relativně nízkou teplotu tání.

Využití uplatňuje se v jaderné energetice využívá se na výrobu baterií a akumulátorů organické soli lithia se používají ve farmaceutickém průmyslu jako součásti uklidňujících léků je přísadou pro výrobu speciálních skel a keramik hygroskopických vlastností se využívá k pohlcování oxidu uhličitého z vydýchaného vzduchu v ponorkách a kosmických lodích slitiny lithia jsou velmi lehké, mechanicky odolné a používají se při konstrukci součástí letadel, družic, kosmických lodí a ložiskových kovů

Sodík (Na, Natrium) je nejběžnějším prvkem z řady alkalických kovů, hojně zastoupený v zemské kůře, mořské vodě i živých organismech sodík je měkký, lehký a stříbrolesklý kov, který lze krájet nožem, v Mohsově stupnici tvrdosti má sodík hodnotu menší než 1 (je měkčí než mastek i lithium) sodík dobře vede elektrický proud i teplo, je lehčí než voda elementární kovový sodík lze dlouhodobě uchovávat v petroleji nebo naftě

Výskyt v přírodě z minerálů, obsažených v zemské kůře je nejznámější halit (sůl kamenná) - chemicky chlorid sodný NaCl příkladem minerálů biogenního původu je chilský ledek- chemicky dusičnan sodný NaNO 3 další minerály sodíku jsou kryolit Na 3 AlF 6, thenardit Na 2 SO 4, Glauberova sůl Na 2 SO H 2 O, soda Na 2 CO 3, borax Na 2 B 4 O 7.10 H 2 O a další… sodík patří mezi biogenní prvky a nachází se ve všech buňkách rostlinných i živočišných tkání

Výroba Dříve se sodík vyráběl elektrolýzou taveniny hydroxidu sodného, který se připravoval elektrolýzou roztoku chloridu sodného. Kovový sodík se dnes průmyslově vyrábí elektrolýzou roztavené směsi 60 % chloridu vápenatého a 40 % chloridu sodného při teplotě 580 °C. Vápník vzniklý elektrolýzou ve sběrné nádobě tuhne, protože jeho teplota tání je vyšší než sodíku a tím se od sodíku odděluje. Materiálem katody je obvykle železo, anoda je grafitová. Dalším produktem je plynný chlór, který bývá obvykle dále zužitkován.

Využití kovový sodík se často uplatňuje v jaderné energetice a v leteckých motorech jako látka odvádějící teplo je mimořádně silné redukční činidlo, bývá využíván pro řadu organických syntetických reakcí i při výrobě některých kovů z jejich chloridů jako je titan a zirkonium sodík se také používá jako katalyzátor při výrobě pryže a elastomerů elektrickým výbojem v prostředí sodíkových par vzniká velmi intenzivní světelné vyzařování žluté barvy - sodíkové výbojky pouličního osvětlení používá se na přípravu peroxidu sodného - součást pracích prášků, k přípravě bělících lázní na hedvábí, vlnu, umělé hedvábí, slámu, peří, vlasy, štětiny, mořské houby, dřevo, kosti a slonovin

Draslík (K, Kalium) draslík je měkký, lehký a stříbrolesklý kov, který lze krájet nožem, je měkčí než mastek, lithium i sodík a jeho tvrdost se Mohsově stupnici pohybuje okolo stupně 0,5 draslík je lehčí než voda a plave na ní draslík vede velmi dobře elektrický proud a teplo má nízký bod tání a varu ve srovnání s ostatními kovy

Výskyt v mořské soli, podzemní minerální vody z minerálů obsažených v zemské kůře je nejznámější sylvín KCl významný je také dusičnan draselný KNO 3, zvaný ledek draselný k dalším draselným minerálům patří arcanit K 2 SO 4, karnalit KCl.MgCl 2.6 H 2 O, glaserit Na 2 SO 4.3 K 2 SO 4, schönit K 2 SO 4.MgSO 4.6 H 2 O a další… draslík spolu se sodíkem patří mezi biogenní prvky a poměr jejich koncentrací v buněčných tekutinách je významným faktorem pro zdravý vývoj organizmu

Výroba průmyslově se vyrábí redukcí chloridu draselného sodíkem a následnou destilací draslíku ze směsi draslík se dá také vyrábět elektrolýzou kyslíkatých sloučenin draslíku rozpuštěných v halogenidech draselných (oxid draselný, peroxid draselný nebo superoxid draselný), na grafitové anodě uniká při elektrolýze oxid uhličitý vzniklý reakcí kyslíku s grafitovou anodou draslík lze také připravit reakcí fluoridu draselného s karbidem vápenatým

Využití je nestálý- prakticky se využívá pouze minimálně výjimečně je používán k redukčním reakcím v organické syntéze nebo analytické chemii v malém se používá pro výrobu fotoelektrických článků hydroxid draselný se používá při výrobě mýdel, léčiv, celulosy, papíru, umělého hedvábí a oxidu hlinitého uhličitan draselný - potaš - k výrobě skla, v textilním a papírenském průmyslu, jako součást pracích prášků, pigmentů v barvířství a běličství a pro přípravu kyanidu draselného dusičnan draselný se používá jako hnojivo a je využíván v pyrotechnice jako silné oxidační činidlo síran draselný se používá při výrobě skla i jako hnojivo

Rubidium (Rb) rubidium je měkký, lehký a stříbrolesklý kov, který lze krájet nožem (vosk) je těžší než voda, velmi dobře vede elektrický proud a teplo, má nízký bod tání a varu díky své velké reaktivitě se v přírodě setkáváme pouze se sloučeninami rubidia a to pouze v mocenství Rb + nejvýznamnější výskyt je uváděn v minerálu lepidolitu, což je poměrně značně komplikovaný hlinito-křemičitan lithno-draselný KLi 2 [AlSi 3 O 6 ] (OH, F) 2 Výskyt v přírodě

Výroba rubidium se průmyslově vyrábí elektrolýzou roztavené směsi 60 % chloridu vápenatého a 40 % chloridu rubidného při teplotě 750 °C vápník v nádobě tuhne, protože jeho teplota tání je vyšší než rubidia a tím se od rubidia odděluje Využití ve fotočláncích, sloužících pro přímou přeměnu světelné energie v elektrickou soli rubidia se přidávají do směsí zábavné pyrotechniky a barví vzniklé světelné efekty do fialova

Cesium (Cs, Caesium) cesium je měkký, lehký a zlatožlutý kov, který lze krájet nožem na rozdíl od lithia, sodíku a draslíku je spolu s rubidiem těžší než voda a velmi dobře vede elektrický proud a teplo Výskyt v přírodě cesium se vyskytuje pouze vzácně jak na Zemi tak i ve vesmíru v minerálech provází cesium obvykle ostatní alkalické kovy minerál s největším výskytem cesia se nazývá polucit CsSi 2 AlO 6 a nachází se v drúzách ostrova Elby

Výroba elementární cesium se průmyslově vyrábí elektrolýzou roztavené směsi 60 % chloridu vápenatého a 40 % chloridu cesného při teplotě 750 °C. Využití do přístrojů pro noční vidění, ve fotonásobičích elektronů izotop 137Cs s poločasem rozpadu 33 let se používá v nedestruktivním zkoušení materiálů a výrobků (defektoskopii) a při ozařování rakovinných nádorů od roku 1967 je v soustavě SI definována základní jednotka času - 1 sekunda, na základě frekvence emitovaného světelného záření izotopu 133 Cs

Francium (Fr) nestabilní, velmi silně radioaktivní prvek nejstabilnější izotop francia 223 Fr má poločas rozpadu 21 minut a podléhá β - rozpadu izotop vzniká i v přírodě a to α přeměnou aktinia za pokojové teploty je pevný kov s nejnižší hodnotou elektronegativity, reaktivní a jeho sloučeniny se podobají sloučeninám cesia téměř všechny soli francia jsou ve vodě rozpustné fluorid francia (FrF) je sloučeninou s největším rozdílem elektronegativity mezi vázanými prvky

Výskyt v přírodě v přírodě se francium vyskytuje jako produkt alfa rozpadu prvku aktinia, které vzniká v rozpadové řadě uranu, jeho stopy nalézáme v uranových a thoriových rudách v současné době je známo celkem 34 izotopů francia, všechny jsou značně nestálé a poměrně rychle podléhají radioaktivní přeměně uměle se francium připravuje protonovým bombardováním thoria

Prvky 11. skupiny Charakteristika: mezi prvky 11. skupiny periodické tabulky prvků (dříve I.B. skupiny) patří měď (Cu), stříbro (Ag), zlato (Au) a roentgenium (Rg) známé jako mincovní kovy všechny prvky této skupiny patří mezi přechodné kovy patří mezi ušlechtilé kovy mají vysoké teploty tání, nejsou těkavé, ale jsou kujné a vykazují vysokou tepelnou i elektrickou vodivost

Měď (Cu, Cuprum) je ušlechtilý kovový prvek načervenalé barvy, používaný člověkem již od starověku má velmi dobrou tepelnou a elektrickou vodivost, dobře se mechanicky zpracovává je základní součástí řady velmi důležitých slitin a mimořádně důležitý pro elektrotechniku proti korozi na vzduchu vykazuje měď dobrou odolnost, pokrývá se tenkou vrstvičkou zeleného zásaditého uhličitanu měďnatého (CuCO 3. Cu(OH) 2 ) – měděnkou, která ji účinně chrání proti další korozi (tzv. pasivace)

Výskyt ryzí měď se v přírodě nachází vzácně, ve větším množství se vyskytuje převážně ve sloučeninách nejčastěji ji nacházíme ve formě sulfidů, mezi něž patří například chalkozin neboli leštěnec měděný Cu 2 S, chalkopyrit neboli kyz měděný CuFeS 2 dalšími významnými minerály jsou kuprit Cu 2 O, zelený malachit CuCO 3.Cu(OH) 2 a modrý azurit 2 CuCO 3.Cu(OH) 2 měď patří mezi biogenní prvky

Výroba hlavním zdrojem pro průmyslovou výrobu mědi jsou sulfidické rudy, které jsou poměrně bohaté na železo, ale obsah mědi se v nich pohybuje kolem 1 % ruda se nejprve drtí a koncentruje, čímž obsah mědi stoupne na 15 až 20 % pražení je první základní krok, jehož podstatou je odstranění co možná největšího množství síry z rudy a převedení co možná největšího množství sulfidů na oxidy

tavení na měděný lech (kamínek) probíhá v šachtových nebo plamenných pecích za přidání koksu a struskových přísad (nejčastěji oxid křemičitý) při teplotě 1400 °C, aby se odstranil sulfid železnatý FeS zpracování měděného lechu na surovou měď se dnes výhradně provádí dmýcháním v konvertoru - besemerace mědi poté probíhá oxidace sulfidu měďného na oxid měďnatý, který energicky reaguje se sulfidem měďným na kovovou měď

Využití střešní krytiny – vzhledem k vysokým nákladům především pro pokrývání střech chrámů, věží, historických staveb a podobně materiál pro výrobu odolných okapů a střešních doplňků elektrických vodičů jak pro průmyslové aplikace (elektromotory, generátory) při výrobě elektronických součástek kotlů a zařízení pro rychlý a bezeztrátový přenos tepla chladičů např. v počítačích, automobilech a průmyslových zařízeních kuchyňského nádobí

Slitiny mědi patrně nejvýznamnější slitinou mědi je bronz pod pojmem bronz rozumíme slitinu mědi s jakýmkoliv prvkem mimo zinku nejznámějším bronzem je slitina mědi s cínem přídavek cínu do kovové mědi odstraňuje její hlavní nedostatek pro výrobu prakticky použitelných nástrojů – malou tvrdost, přitom zůstává zachována vysoká odolnost proti korozi a relativně snadná opracovatelnost

z bronzu se vyrábějí kovové součástky čerpadel, která pracují s vysokými tlaky v agresivním prostředí, kluzná ložiska, pružinová pera a velmi často součásti lodí a ponorek - dobře odolávají působení mořské vody stejně jako v minulosti je pak bronz materiálem pro výrobu soch, pamětních desek a mincí, medailí a podobných předmětů z cínového bronzu se vyrábí součásti spínačů, sběrné kroužky, kontaktní segmenty

slitina mědi se zinkem se nazývá mosaz - obsahuje optimálně 32% zinku (maximálně 42%) existují stovky různých mosazí, jejichž přesné složení je dáno mezinárodními normami a liší se od sebe mechanickými vlastnostmi, bodem tání a zpracovatelností litím apod. používá se k výrobě různých hudebních nástrojů a dekorativních předmětů, zhotovují se z ní součásti pro vybavení koupelen a drobné bytové doplňky, slouží pro výrobu bižuterie

Stříbro (Ag, Argentum) je ušlechtilý kov bílé barvy vyznačuje se nejlepší elektrickou a tepelnou vodivostí ze všech známých kovů má dobrou kujnost a dobře se odlévá na suchém čistém vzduchu je stříbro neomezeně stálé

Výskyt a výroba v přírodě se stříbro obvykle vyskytuje ve sloučeninách, vzácně však i jako ryzí kov téměř vždy je stříbro příměsí v ryzím přírodním zlatě z minerálů stříbra je nejvýznamnější akantit a jeho vysokoteplotní modifikace (nad 179 °C) argentit Ag 2 S jako zdroj pro průmyslové získávání stříbra jsou rudy olova, mědi, niklu nebo zinku nejvíce používanou metodou pro získávání i čištění ryzího stříbra je elektrolýza, z halogenidů je však možno jej jako ryzí získat i přímým tavením

Využití velmi tenká vrstva kovového stříbra se využívá jako záznamové médium na CD a DVD vysoká optická odrazivost stříbra - výroba kvalitních zrcadel výroba pamětních mincí a medailí kovové stříbro i jeho sloučeniny jsou základním prvkem vysoce účinných miniaturních elektrických článků (baterií) slitiny se používají ve šperkařství, elektronickém průmyslu jeho sloučeniny jsou nezbytné pro fotografický průmysl

Slitiny stříbra v medicíně nacházejí uplatnění v dentálních aplikacích speciálním případem dentálního využití stříbra jsou amalgámy slouží v elektrotechnice jako spojovací materiál pro konstrukci plošných spojů a další aplikace klenotnické zlaté slitiny obsahují téměř vždy určité procento stříbra klenotnické stříbro je obvykle slitinou s obsahem kolem 90 % stříbra doplněné mědí

Zlato (Au, Aurum) je chemicky odolný, velmi dobře tepelně i elektricky vodivý, ale poměrně měkký drahý kov žluté barvy zlato je mimořádně trvanlivé a odolné vůči povětrnostním i chemickým vlivům pevnost a tvrdost zlata je možné zvýšit přidáním jiných kovů pozlacené průhledné plastické fólie mají vynikající odrazivost světelných a tepelných (infra) paprsků

Výskyt a získávání v horninách se díky své inertnosti vyskytuje prakticky pouze jako ryzí kov krychlový nerost, tvoří plíšky a zrna uzavřená nejčastěji v křemenné výplni žil vyskytuje se ryzí nebo ve slitině se stříbrem (elektrum), po rozrušení žil se dostává do náplavů a odtud se rýžuje kov je z horniny získáván hydrometalurgicky nebo amalgámovým způsobem oba tyto způsoby představují značnou ekologickou zátěž pro životní prostředí (kyanidy, rtuť)

Využití k výrobě šperků a to ve formě slitin se stříbrem, mědí, zinkem, palladiem či niklem (samotné ryzí zlato je příliš měkké) obsah zlata v klenotnických slitinách neboli ryzost se vyjadřuje v karátech (ryzí zlato je 24karátové) i velmi tenký zlatý film na povrchu neušlechtilého kovu jej dokáže účinně ochránit před korozí díky své vynikající elektrické vodivosti a inertnosti vůči vlivům prostředí je velmi často používáno v mikroelektronice a počítačovém průmyslu

ve sklářském průmyslu k barvení nebo zlacení skla je součástí většiny dentálních slitin, tedy materiálů sloužících v zubním lékařství je komoditou s kterou se obchoduje na světových burzách po tisíciletí rozšířeným platidlem (zlaté mince – Dukát)

Úkol Chlorid zlatitý se používá na barvení skla, rubínová barva. Vytvořte jeho vzorec Vysvětlete pojem měděnka

Zdroje pro textovou část KLIKORKA, J., HÁJEK, B., VOTINSKÝ, J., Obecná a anorganická chemie, SNTL/ALFA, Praha: 1985 KOTLÍK, B., RŮŽIČKOVÁ, K., Chemie I v kostce, Fragment, Havlíčkův Brod: 1996: ISBN X FABINI, J., ŠTEPLOVÁ, D., SOKOLÍK, R., Anorganická chémia, SPN, Bratislava: 1969

Seznam zdrojů pro použité obrázky Snímek 5 - [ cit ]. Dostupný pod licencí Public Domain na WWW: Snímek 9 - [ cit ]. Dostupný pod licencí Public Domain na WWW: Snímek 13 - [ cit ]. Dostupný pod licencí Public Domain na WWW: Snímek 17 - [ cit ]. Dostupný pod licencí Public Domain na WWW: Snímek 19 - [ cit ]. Dostupný pod licencí Public Domain na WWW: Snímek 27 - [ cit ]. Dostupný pod licencí Public Domain na WWW: Snímek 32 - [ cit ]. Dostupný pod licencí Public Domain na WWW: Snímek 36 - [ cit ]. Dostupný pod licencí Public Domain na WWW: Snímek 39 - [ cit ]. Dostupný pod licencí Public Domain na WWW: